皮膚老化機(jī)制及老化狀態(tài)評估方法的研究進(jìn)展

曾 鳴 綜述，徐 良 審校

（北京一輕研究院北京101111）

·綜述·

皮膚老化機(jī)制及老化狀態(tài)評估方法的研究進(jìn)展

Research progress on mechanisms and assessment methods of skin-aging

曾 鳴 綜述，徐 良 審校

（北京一輕研究院北京101111）

衰老是一種不可避免的生理變化過程。隨著人年齡的增長，人體內(nèi)大分子和細(xì)胞的生化調(diào)節(jié)能力不斷降低，相關(guān)器官和組織功能逐漸衰退。就人體最大的器官皮膚而言，衰老意味著角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞數(shù)量減少與功能下降，彈性蛋白和膠原蛋白合成減少及萎縮，從而使皮膚變得缺乏彈性、松弛、粗糙，并伴有不規(guī)則色素沉著、干燥等現(xiàn)象。

隨著社會的發(fā)展，人類的平均壽命在不斷提升，這使得社會人口結(jié)構(gòu)朝著老齡化趨勢發(fā)展。人們越來越關(guān)注皮膚老化問題，各大護(hù)膚品企業(yè)的產(chǎn)品線無一例外都覆蓋了延緩皮膚老化的產(chǎn)品。要想開發(fā)出高性能的原料和產(chǎn)品，就要求科研人員對皮膚老化機(jī)制有深刻的認(rèn)識，并能夠采用客觀準(zhǔn)確的方法來評估產(chǎn)品性能。因此，皮膚老化機(jī)制的探索和皮膚老化狀態(tài)評估方法的開發(fā)已成為相關(guān)科研機(jī)構(gòu)及人員關(guān)注的熱點(diǎn)。本文就近年來皮膚老化機(jī)制及老化狀態(tài)評估方法的研究進(jìn)展綜述如下。

1 皮膚老化機(jī)制

眾所周知，控制和影響皮膚老化的因素主要分為兩類：內(nèi)源性因素和外源性因素。

1.1 內(nèi)源性因素：包括遺傳基因、自由基、內(nèi)分泌、免疫等諸多因素，其中遺傳基因起決定作用。由于遺傳基因的差別，導(dǎo)致了不同性別、不同種族人群皮膚老化的差別。男性和女性的皮膚在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上有所不同，男性皮膚的真皮層比女性的厚，表皮層與皮下組織則比女性的薄[1]。一項(xiàng)針對白人皮膚的全基因組基因表達(dá)分析研究表明男女皮膚的老化過程很可能有所不同[2]。種族對皮膚老化的差異化影響在膚色構(gòu)成方面尤為明顯，深膚色人種的皮膚對紫外線輻射有更好的應(yīng)對機(jī)制[3]。研究發(fā)現(xiàn)，以非裔美國人和白人的皮膚癌發(fā)病率做比對參考，非裔美國人皮膚對紫外線的防護(hù)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于白人皮膚[4]。即便種族相同，基因多態(tài)性也會導(dǎo)致同種族人群皮膚老化的差異性。Naval等[5]提取了120名白人女性志愿者唾液的脫氧核糖核酸樣本，統(tǒng)計了樣本中13種皮膚老化相關(guān)蛋白的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP），并通過基因聚類分析將這13種蛋白SNP按比例不同界定出10個基因簇，對應(yīng)10種不同的皮膚屬性，主要體現(xiàn)為抗氧化、水合、彈性等不同組合。這意味通過分析個體的基因多態(tài)性，便能為其提供較強(qiáng)針對性的延緩老化對策。此外，一些非編碼的微小核糖核酸（micro-ribonucleic acids，microRNAs）也被認(rèn)為在調(diào)節(jié)皮膚細(xì)胞增殖衰老平衡中發(fā)揮著重要作用[6]。例如：miR-23a-3p是調(diào)節(jié)透明質(zhì)酸合成酶-2的一種microRNA等[7]發(fā)現(xiàn)miR-23a-3p在衰老皮膚成纖維細(xì)胞中的表達(dá)比在正常細(xì)胞中的表達(dá)明顯要高，同時衰老細(xì)胞中透明質(zhì)酸的分泌量明顯較低。

1.2 外源性因素：包括紫外線輻射、吸煙、空氣污染等，是導(dǎo)致人皮膚老化的另一重要因素。Ekiz等[8]研究了574名土耳其人面部皺紋與他們生活方式及生活環(huán)境的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)長期日光曝曬、吸煙對皮膚有顯著的負(fù)面影響。Ichibori等[9]在日本開展了一項(xiàng)同卵雙生雙胞胎皮膚比對研究，通過問答方式及高清照片量化分析方法來評估67對雙胞胎的皮膚差異。分析結(jié)果表明，雙胞胎中使用防曬產(chǎn)品的一個，其皮膚皺紋評分顯著低于不使用防曬產(chǎn)品的另一個；雙胞胎中不吸煙的一個，其皮膚網(wǎng)狀精細(xì)結(jié)構(gòu)的完整性顯著好于有吸煙史的另一個。

1.2.1 紫外線輻射：長期暴露于陽光下，人皮膚會發(fā)生一系列的性狀變化，如皮膚皺紋變粗、毛細(xì)血管擴(kuò)張、不規(guī)則色素沉著、彈性纖維變性等。鄭瑞等[10]收集了30名不同年齡志愿者的正常皮膚標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)中老年組志愿者光暴露部位皮膚的真皮彈性纖維比青少年組明顯要粗、多，還伴有扭曲、無序化的特點(diǎn)。

導(dǎo)致皮膚發(fā)生上述老化現(xiàn)象的核心因素是紫外線。紫外線輻射會導(dǎo)致活性氧自由基的過度產(chǎn)生以及基質(zhì)金屬蛋白酶的過度表達(dá)，引發(fā)氧化應(yīng)激損傷、膠原降解等一系列反應(yīng)，使皮膚日漸老化，不過引起這些反應(yīng)的深層次機(jī)制仍不是十分清楚。Hiroaki等[11]發(fā)現(xiàn)，人角質(zhì)形成細(xì)胞經(jīng)中波紫外線（ultraviolet radiation b，UVB）照射后，細(xì)胞中Stratifin蛋白（14-3-3蛋白家族中的一種）的信使RNA（messenger RNA，mRNA）表達(dá)和蛋白合成水平有顯著提升。他們還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)0.5μg/ml的Stratifin處理后，與天然保濕因子和神經(jīng)酰胺合成相關(guān)的兩種蛋白、人I型膠原蛋白（collagen-I，Col-I）以及透明質(zhì)酸合成酶-2的mRNA表達(dá)有顯著降低，基質(zhì)金屬蛋白酶-1（matrix metalloproteinase-1，MMP-1）和-2（MMP2）的mRNA表達(dá)則有顯著提升，意味著UVB照射可通過誘導(dǎo)Stratifin表達(dá)來影響一些皮膚老化相關(guān)蛋白的表達(dá)。Qin等[12]發(fā)現(xiàn)經(jīng)UVB照射人皮膚成纖維細(xì)胞中的富含半胱氨酸蛋白61（cysteine rich 61，Cyr61）的mRNA表達(dá)和蛋白合成水平有顯著提高，試驗(yàn)表明Cyr61能誘導(dǎo)白細(xì)胞介素的mRNA表達(dá)和蛋白合成水平提高，進(jìn)而抑制Col-I的合成，并促進(jìn)MMP-1的表達(dá)。胡孝輝等[13]發(fā)現(xiàn)UVB能降低人皮膚成纖維細(xì)胞中β-catenin基因及其下游基因c-myc的表達(dá)水平，使得β-catenin和c-myc對衰老相關(guān)基因P16的抑制作用降低，進(jìn)而帶動P16表達(dá)提升及MMP1、MMP3表達(dá)提升。

1.2.2 吸煙：早期的流行病學(xué)研究結(jié)果與臨床報道表明，吸煙產(chǎn)生的煙霧是導(dǎo)致人皮膚早衰的獨(dú)立因素之一[14]。近些年，關(guān)于香煙煙霧導(dǎo)致人皮膚老化的研究，主要著眼于細(xì)胞與分子水平上的機(jī)制研究。Yang等[15]發(fā)現(xiàn)香煙煙霧的萃取液能抑制人皮膚成纖維細(xì)胞的增殖能力，且抑制呈劑量依賴性和時間依賴性。同時，萃取液還能抑制超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，導(dǎo)致活性氧水平的提高，說明香煙煙霧導(dǎo)致的皮膚老化可能是由氧化應(yīng)激損傷和抗氧化系統(tǒng)被抑制而引起的。Kim等[16]發(fā)現(xiàn)香煙煙霧的萃取液能誘導(dǎo)人皮膚成纖維細(xì)胞中的早期生長反應(yīng)基因-1(early growth response-1，Egr-1)的過度表達(dá)，并證明Egr-1的過表達(dá)會進(jìn)一步抑制轉(zhuǎn)化生長因子β受體2的表達(dá)，最終導(dǎo)致I型前膠原的表達(dá)與合成減少。Ono等[17]發(fā)現(xiàn)香煙煙霧的己烷萃取液能通激活人皮膚成纖維細(xì)胞芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）信號通路，并通過抑制AhR基因表達(dá)及添加AhR抑制劑的方法，證明了AhR信號通路的激活與MMP-1的表達(dá)增加有顯著的相關(guān)性。

1.2.3 空氣污染：目前，世界上許多城市或多或少都面臨著空氣污染問題，人們除了考慮空氣污染對呼吸系統(tǒng)的危害，也開始關(guān)注空氣污染是否會加速皮膚老化。等[18]研究了400名白人女性皮膚老化與空氣污染的關(guān)系。這些受試者大都為家庭主婦，長期定居于城市區(qū)域或農(nóng)村區(qū)域，且相關(guān)地區(qū)的空氣條件多年基本不變。研究結(jié)果表明，與交通相關(guān)的煙塵和空氣顆粒物對皮膚老化有重要影響，主要體現(xiàn)在臉部的色素斑沉著與鼻子兩側(cè)的法令紋加深。空氣污染導(dǎo)致皮膚老化的機(jī)制與香煙煙霧作用機(jī)制類似，包括使皮膚中活性氧水平提升，以及通過污染顆粒物吸附的多環(huán)芳烴激活皮膚AhR信號通路[19]。此外，污染顆粒物還能通過攜帶一些有機(jī)化合物及金屬，直接定位并攻擊線粒體，導(dǎo)致線粒體損害和老化[20]。

2 皮膚老化狀態(tài)的評估方法

在了解皮膚老化機(jī)制的基礎(chǔ)上，客觀準(zhǔn)確評估皮膚狀態(tài)與年齡的關(guān)系，是目前皮膚老化研究的另一個熱點(diǎn)。非侵入性的無創(chuàng)檢測方法是皮膚老化評估方法開發(fā)應(yīng)用的主要方向，包括硅膠復(fù)模、共聚焦顯微鏡、漫反射紅外光譜、生物電阻抗頻譜等。

2.1 硅膠復(fù)模：硅膠復(fù)模法是評估皮膚表面紋理的主要方法之一，方法較為成熟，創(chuàng)新發(fā)展主要集中在定量評估。Ryu等[21]提出了一種定量評估皮膚紋理結(jié)構(gòu)老化程度的方法。他們獲取了80名不同年齡韓國女性左臉頰皮膚的硅膠膜片，并用皮膚圖像分析儀對膜片進(jìn)行了圖像采集。3名受訓(xùn)研究人員采用6張具有代表性的、皮膚紋理顯著不同（皮膚越老，紋線越少越不清晰）的照片作為評分基準(zhǔn)，分別對80名受試者的皮膚紋理圖像進(jìn)行了評分。同時，他們還計算了受試者皮膚紋理圖像的星形結(jié)構(gòu)（5條或以上皮膚紋線相交在同一點(diǎn)）數(shù)量，作為另一個考察參數(shù)。統(tǒng)計結(jié)果表明，皮膚紋理評分與受試者年齡有很高的正相關(guān)性，皮膚紋理的星形結(jié)構(gòu)數(shù)量與受試者年齡有很高的負(fù)相關(guān)性。該評估方法通過主客觀手段結(jié)合，分析皮膚紋理的細(xì)微結(jié)構(gòu)差異，具有較好的重現(xiàn)性。

2.2 共聚焦顯微鏡：共聚焦顯微鏡成像是一種可獲得皮膚不同層面成像的三維技術(shù)，能觀測角質(zhì)層及真皮淺層。Longo等[22]提出了一種共聚焦顯微鏡成像半定量評估皮膚老化的方法。他們征集了50名年齡分布在24～88歲的志愿者，并按年齡段由小到大分為5個組別。他們首先確定了用于綜合定量評分的比對依據(jù)，即具有代表性的、結(jié)構(gòu)明顯不同的表皮紋理、細(xì)胞排列及膠原纖維共聚焦成像。通過將各組別受試者臉頰成像的評分與年齡進(jìn)行關(guān)聯(lián)，他們發(fā)現(xiàn)，隨著受試者年齡組的增大，皮膚皺紋由斜方形結(jié)構(gòu)向直線排列變化，角質(zhì)形成細(xì)胞由規(guī)整多邊形排列向不規(guī)則排列變化，膠原纖維結(jié)構(gòu)由纖細(xì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)向卷曲無定形狀態(tài)變化。該方法能提供類似組織病理學(xué)檢查的高分辨率成像，結(jié)果評分與年齡有較好的關(guān)聯(lián)性，但方法操作復(fù)雜。

2.3 近紅外漫反射光譜：光老化和生理性老化導(dǎo)致皮膚老化的特征有所不同，要想?yún)^(qū)分這兩種老化類型并不容易。Miyamae等[23]提出用近紅外漫反射光譜結(jié)合主成分分析的方法來區(qū)分和評估皮膚的兩種老化類型。他們采集了86名不同年齡志愿者前臂外側(cè)和上臂內(nèi)側(cè)的近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和主成分分析，發(fā)現(xiàn)5990-5490cm-1和5000-4480cm-1對應(yīng)的受試者數(shù)據(jù)，在主成分分析圖中明顯落于2個不同的區(qū)域（前臂外側(cè)數(shù)據(jù)區(qū)、上臂內(nèi)側(cè)數(shù)據(jù)區(qū)），因子分析表明4880cm-1的數(shù)據(jù)（包含蛋白質(zhì)酰胺基伸縮與肽骨架二級結(jié)構(gòu)信息）可用于區(qū)分光老化和非光老化；其次，受試者數(shù)據(jù)按年齡段區(qū)分的話，則明顯落于5個不同的區(qū)域，因子分析表明5930、5860、5790、5670cm-1的數(shù)據(jù)能用來區(qū)分皮膚年齡段差異，其中5930cm-1的數(shù)據(jù)與蛋白質(zhì)含量相關(guān)。相比于前兩種方法，該方法結(jié)果不夠直觀，但包含了皮膚蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及含量的信息，測試過程相對簡便快捷。

2.4 生物電阻抗頻譜：皮膚老化除了會使內(nèi)部蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及含量發(fā)生變化，還會使皮膚的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化等[24]提出一種生物電阻抗頻譜和Cole-Cole阻抗模型相結(jié)合的方法，用于分析皮膚電學(xué)性質(zhì)與受試者性別、年齡的關(guān)系。他們征集了60名不同年齡志愿者（30名男性，30名女性），通過對受試者右前臂內(nèi)側(cè)生物阻抗頻譜（在0.1Hz到100kHz范圍選取20個頻率點(diǎn)）的測量，計算出Cole-Cole阻抗模型的四個參數(shù)：低頻電阻R0、高頻電阻R∞、散射系數(shù)、松弛時間。研究結(jié)果證明，R0、R∞、隨著受試者年齡的增大而增大，女性的R0、要小于男性，女性的則大于男性，意味著皮膚電學(xué)性質(zhì)也能作為一種老化標(biāo)志物。該方法也是一種簡便快捷的方法，但各參數(shù)與皮膚結(jié)構(gòu)或性質(zhì)的深層次關(guān)系尚不清楚。

3 小結(jié)

探究皮膚老化機(jī)制，尤其外源性老化機(jī)制，對研制具有延緩皮膚老化效果的護(hù)膚原料和產(chǎn)品有直接的指導(dǎo)意義。目前皮膚外源性老化機(jī)制的相關(guān)研究較多，涉及紫外線、吸煙、空氣污染等多種因素研究，而且不同因素的作用機(jī)制也多種多樣。如何從眾多研究成果中，選擇合適的生化體系開發(fā)出能實(shí)際應(yīng)用的抗衰老功效評價體系，建立客觀便捷的皮膚老化評估方法，值得重點(diǎn)關(guān)注。

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編輯/李陽利

2014-11-20

2014-12-25